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Altezza del Sole: metodi e strumenti
Misurare l'altezza
del Sole è un'operazione di facile realizzazione e che sta alla
base di alcune delle principali esperienze didattiche che proponiamo.
Concettualmente, tutti i metodi che descriviamo si basano sulla proiezione
di un'ombra da parte di uno stilo verticale
(gnomone)
e la misurazione diretta o indiretta dell'angolo che i raggi solari
formano con il piano
orizzontale.
Prima di passare agli strumenti, consigliamo di leggere le seguenti:
 premesse
concettuali, calcoli da eseguire, e alcune importanti indicazioni tecniche.
Gli strumenti
Proponiamo principalmente tre tipi di strumenti, tutti costruiti con materiali
di uso quotidiano. Li elenchiamo con un ordine che dipende all'incirca
dal livello di complessità di realizzazione e di utilizzo.
Confronti
Il Il quadrante mobile è un metodo di misura diretta, è di facile costruzione ed uso e, didatticamente, favorisce l'immediata comprensione di ciò che stiamo misurando. Richiede la cooperazione di due alunni per ogni strumento nel momento della misurazione. Lo strumento può essere utilizzato in numerose altre situazioni didattiche, come ad esempio misurare l'altezza di un albero, di una torre o addirittura di una montagna con il metodo trigonometrico. Si può inoltre misurare la latitudine del luogo traguardando la stella Polare attraverso il tubicino. Il difetto principale è la scarsa precisione di misura dovuta innanzitutto alle piccole dimensioni di uno strumento portatile la cui scala non va oltre la precisione di un grado, all'instabilità della mano che sostiene lo strumento e al dondolio del filo a piombo.
Lo gnomone costruito con un un
piccolo strumento di cartoncino implica una misurazione indiretta che richiede un calcolo trigonometrico. E' di facilissima costruzione. Rispetto al precedente, se da una parte aumentano le fonti di errore (sono richieste due misure lineari e il controllo dell'orizzontalità del piano di appoggio) dall'altra si lavora su un appoggio relativamente stabile. La facilità di costruzione permette inoltre di realizzare rapidamente un gran numero di strumenti, cioè di postazioni che misurano contemporaneamente e ottenere una buona valutazione dell'altezza del Sole dalla media delle misure.
Se poniamo un foro gnomonico ad altezza di oltre un metro rispetto al piano di proiezione della macchia luminosa, aumentiamo di gran lunga la precisione dello strumento. A patto però di ridurre le dimensioni del foro in modo tale da ottenere un effetto "camera oscura" (cioè proiettare un'immagine del disco solare sul pavimento). Per ottenere questo fenomeno è necessario che l'altezza del foro rispetto al piano di proiezione sia almeno 150 volte il diametro del foro. Ma non troppo oltre. Si può andare oltre solo se l'ambiente di proiezione è sufficientemente buio, altrimenti l'immagine del Sole sul pavimento, pur diventando sempre meno sfocata ai bordi, tende a non essere percepibile perché troppo poco luminosa. Con alcune prove di varie dimensioni del foro si può trovare un buon compromesso specifico per ciascun ambiente.
Se costruiamo questo strumento e lo manteniamo fisso in una classe, possiamo anche tracciare sul pavimento la linea meridiana che ci servirà per tutte le successive misurazioni dell'altezza del Sole senza dover controllare l'orologio in attesa del mezzogiorno vero del luogo.
Prove di precisione
In questa pagina, per chi lo desidera, si trovano le istruzioni per controllare la validità dello strumento costruito, senza aspettare un appuntamento collettivo di misurazione. Infatti è possibile eseguire una misurazione a qualsiasi ora del dì e in qualsiasi giorno dell'anno e confrontare immediatamente il valore ottenuti con quello teorico di altezza del Sole.
Altri strumenti proposti
Il
bastone
Uno
strumento con due squadrette
Indicazioni
per la costruzione di quadranti e sestanti
Costruzione
di uno gnomone con strumenti del laboratorio di fisica
Costruizione
di un plinto tolemaico con una scatola per CD
Vedi anche  strumenti
storici |
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